USA-s asuva Virginia Techi teadlased on inspireerinud kaheksajala käte naha toimimisest välja uue kiiresti lülitatava liimi, mis kleepub kindlalt veealuste objektide külge. Materjali võiks kasutada robootikas, tervishoius ja märgade esemete kokkupanemisel ja töötlemisel tootmises.
Vee all töötavaid liime on raske valmistada. Seda seetõttu, et vesiniksidemed ja van der Waals ning elektrostaatilised jõud, mis vahendavad adhesiooni kuivas keskkonnas, on vees palju vähem tõhusad. Loomamaailm sisaldab aga palju näiteid tugevast adhesioonist niisketes tingimustes: rannakarbid eritavad spetsiaalseid kleepuvaid valke, luues kleepuva naastu, mis kinnitub märgadele pindadele; konnad suunavad vedelikku läbi struktureeritud varbapatjade, et aktiveerida kapillaar- ja hüdrodünaamilisi jõude; ja peajalgsed, nagu kaheksajalg, kasutavad imemise teel pindadele kinnitumiseks imisid.
Tugev kleepuv side
Peajalgsete haaratsid on eriti head asjade vee all hoidmisel. Näiteks kaheksajalgadel on kaheksa pikka kätt, mis on kaetud imikutega, mis võivad haarata sellistest objektidest nagu saak. Torumehe kolvi otsa kujulised imid kinnituvad eseme külge, luues kiiresti tugeva kleepuva sideme, mida on raske murda. "Adhesiooni saab kiiresti aktiveerida ja vabastada," selgitab uuringurühma juht Michael Bartlett, "ja kaheksajalg kontrollib üle 2000 imeja kaheksal käel, töödeldes erinevate keemiliste ja mehaaniliste andurite teavet."
Tõepoolest, kaheksajala sensoraparaat koosneb fotovastuvõtusüsteemist, mis kasutab tema silmi; mehhanoretseptorid, mis tuvastavad vedeliku voolu, rõhu ja kontakti; ja kemoretseptsiooni puutetundlikud andurid. Iga imikut juhitakse iseseisvalt, et aktiveerida või vabastada adhesioon – midagi, mida sünteetilistes liimides ei eksisteeri.
Uus Virginia Tech kaheksajalast inspireeritud liim koosneb silikoon-elastomeerist varrest, mis on kaetud venitatava pneumaatiliselt käivitatava elastomeermembraaniga, et kontrollida nakkumist. Vars on valmistatud 3D-printimisvormidega ning seejärel valatakse ja kuivatatakse silikoon-elastomeeri. Kleepelement on ühendatud rõhuallikaga, mis annab aktiivse membraani kuju reguleerimiseks positiivse, neutraalse ja negatiivse rõhu.
"See konstruktsioon võimaldab meil lülitada haardumist 450 korda sisse-välja olekust vähem kui 50 ms jooksul," ütleb Bartlett. "Integreerisime need kleepuvad elemendid tihedalt mikro-LIDAR optiliste lähedusanduritega, mis tajuvad, kui lähedal objekt on."
Seejärel ühendasid teadlased imikud ja LIDAR mikrokontrolleri kaudu objektide reaalajas tuvastamiseks ja adhesiooni kontrollimiseks.
Kinnas sünteetiliste iminute ja anduritega
Vee all keerutab kaheksajalg oma käed ümber esemete ja võib kinnituda mitmesugustele pindadele, sealhulgas kividele, siledatele kestadele ja karedatele kõrretele, kasutades oma imesid. Bartlett ja kolleegid jäljendasid seda, valmistades sünteetiliste iminute ja anduritega kinda, mis olid omavahel tihedalt integreeritud. See Octa-kindaks nimetatud seade suudab tuvastada vee all erineva kujuga objekte. See käivitab automaatselt liimi, nii et objektiga saab manipuleerida.
"Pehmete, tundlike liimmaterjalide ühendamisel sisseehitatud elektroonikaga saame objektidest kinni haarata, ilma et peaksime neid pigistama," ütles Bartlett. “See muudab märgade või veealuste objektide käsitlemise palju lihtsamaks ja loomulikumaks. Elektroonika suudab kiiresti aktiveerida ja vabastada nakke. Lihtsalt liigutage oma käsi eseme poole ja kinnas teeb selle haaramise töö ära. Seda saab teha ilma, et kasutaja ainsatki nuppu vajutaks.
Ta räägib, et need võimalused, mis jäljendavad peajalgsete täiustatud manipuleerimist, tuvastamist ja juhtimist, võivad leida rakendusi pehme robootika valdkonnas veealuse haaramise jaoks, rakendusi kasutajate abiga tehnoloogiates ja tervishoius ning tootmises märgade esemete kokkupanemiseks ja nendega manipuleerimiseks. Füüsika maailm.
Mitmed haaramisrežiimid
Kaheksajalast inspireeritud liim võib haavu ravida
Oma katsetes katsetasid teadlased mitmeid haaramisrežiime. Nad kasutasid õrnade ja kergete esemetega manipuleerimiseks ühte andurit ning leidsid, et nad suudavad kiiresti üles korjata ja vabastada lamedaid esemeid, metallist mänguasju, silindreid, lusikat ja ülipehme hüdrogeelikuuli. Kui andurid seejärel ümber seadistada nii, et mitu andurit oleks aktiveeritud, saaksid nad haarata suuremaid objekte, nagu taldrik, kast ja kauss.
Virginia Techi meeskond, kes teatas oma tööst Teadus ettemaksed, ütleb, et on veel palju õppida nii selle kohta, kuidas kaheksajalg kontrollib haardumist ja manipuleerib veealuste objektidega. "Kui suudame looduslikku süsteemi paremini mõista, võimaldab see luua täiustatud bioloogiliselt inspireeritud ja konstrueeritud süsteeme, " ütleb Bartlett.
